Finalmente se ha observado una gran predicción hecha por Stephen Hawking sobre los agujeros negros

Onda gravitacional La astronomía acaba de darnos otro fantástico regalo: el primer de observación confirmación de uno de Stephen Hawkinglas previsiones de agujeros negros.

Un análisis de la primera detección de ondas gravitacionales realizada en 2015, GW150914, confirmó el teorema del área de Hawking. Afirma que, según la física clásica, el área del horizonte de sucesos de un agujero negro solo puede hacerse más grande, nunca más pequeña.

El trabajo nos ofrece una nueva herramienta para sondear estos misteriosos objetos y probar los límites de nuestra comprensión del Universo.

«Es posible que haya un zoológico de varios objetos compactos, y aunque algunos de ellos son agujeros negros que siguen las leyes de Einstein y Hawking, otros pueden ser bestias ligeramente diferentes». dijo el astrofísico Maximiliano Isi del Instituto Kavli de Astrofísica e Investigación Espacial del MIT.

«Entonces, no es como si hicieras esta prueba una vez y se acabó. Hazla una vez y es el comienzo».

Hawking propuso por primera vez su teorema en 1971. Predijo que el área de la superficie del horizonte de sucesos de un agujero negro nunca debería disminuir, solo aumentar.

El horizonte de sucesos no es el agujero negro en sí, sino el radio en el que incluso la velocidad de la luz en el vacío es insuficiente para alcanzar la velocidad de escape del campo gravitacional generado por la singularidad del agujero negro. Es proporcional a la masa del agujero negro; como los agujeros negros solo pueden ganar masa, debajo relatividad general, el horizonte de eventos solo debería poder crecer.

(Este modelo de solo aumento también es curiosamente similar a otra teoría, la segunda ley de termodinámica. Afirma que la entropía, la progresión del orden al desorden en el Universo, solo puede aumentar. La entropía también se atribuye a los agujeros negros, e es directamente proporcional a su superficie del horizonte de sucesos.)

Matemáticamente, el teorema del área ocurre, pero ha sido difícil de confirmar mediante la observación, principalmente porque los agujeros negros son extremadamente difíciles de observar directamente, ya que no emiten radiación detectable. Pero entonces detectamos las ondas gravitacionales que se propagan en el espacio-tiempo de una colisión entre dos de estos enigmáticos objetos.

Este fue GW150914, y el resumen bloop de la colisión registrada por el interferómetro LIGO lo cambió todo. Fue la primera detección directa no de un agujero negro, sino de dos. Se fusionaron y formaron un agujero negro más grande.

Este agujero negro luego sonó débilmente, como el timbre de una campana. En 2019, Isi y sus colegas descubrieron cómo detectar esta señal de llamada. Ahora lo han decodificado, descomponiéndolo para calcular la masa y el giro del agujero negro final.

También realizaron un nuevo análisis de la señal de fusión para calcular la masa y el giro de los dos agujeros negros previos a la fusión. Dado que la masa y el giro están relacionados con el área del horizonte de eventos, esto les permitió calcular los horizontes de eventos de los tres objetos.

Si el horizonte de eventos pudiera reducirse en tamaño, entonces el horizonte de eventos del agujero negro fusionado final tendría que ser más pequeño que el de los dos agujeros negros que lo crearon. Según sus cálculos, los dos agujeros negros más pequeños tenían un área total de horizonte de eventos de 235.000 kilómetros cuadrados (91.000 millas cuadradas). El último agujero negro tenía una superficie de 367.000 kilómetros cuadrados.

“Los datos muestran con abrumadora confianza que el área del horizonte ha aumentado después de la fusión y que la ley del área se cumple con muy altas probabilidades”, Isi dijo.

«Fue un alivio que nuestro resultado esté de acuerdo con el paradigma que esperamos y confirme nuestra comprensión de estas complicadas fusiones de agujeros negros».

Al menos a corto plazo. Bajo la mecánica cuántica, que no funciona bien con la física clásica, Hawking predijo más tarde que, en escalas de tiempo muy largas, los agujeros negros perderían masa en forma de un tipo de radiación de cuerpo negro que ahora llamamos. Radiación de Hawking. Por lo tanto, todavía es posible que el horizonte de eventos de un agujero negro disminuya en área eventualmente.

Evidentemente, esto deberá examinarse más de cerca en el futuro. Mientras tanto, el trabajo de Isi y su equipo nos ha proporcionado un nuevo conjunto de herramientas para sondear otras observaciones de ondas gravitacionales, con la esperanza de obtener más información sobre los agujeros negros y la física del Universo.

«Es alentador poder pensar de formas nuevas y creativas sobre los datos de ondas gravitacionales y llegar a preguntas que antes pensábamos que no podíamos hacer». Isi dijo.

«Podemos seguir burlándonos de la información que habla directamente de los pilares de lo que creemos que entendemos. Un día, estos datos pueden revelar algo que no esperábamos».

La investigación fue publicada en Cartas de revisión física.